Нержавеющая сталь 321 и 347: сравнение стабилизированных жаропрочных-сплавов

Что делает нержавеющую сталь стабилизированной?

321 и 347 принадлежат к аустенитному семейству 18/8 (около 18% хрома и 9-13% никеля) и решают конкретную задачу. Когда обычный 304 нагревается примерно до 425-815 градусов - во время сварки или эксплуатации, углерод может соединяться с хромом на границах зерен с образованием карбидов хрома, в результате чего соседний металл становится обедненным хромом и уязвимым для межкристаллитной коррозии. Стабилизированные марки содержат элемент, который связывается с углеродом даже легче, чем хром: титан в 321, ниобий в 347. Углерод заперт в виде стабильных карбидов, поэтому хром остается в твердом растворе, а материал сохраняет свою коррозионную стойкость после сварки и эксплуатации.

Сравнение химического состава

Диапазоны состава по ASTM A240 (мас.%):

Элемент	321 / УНС С32100	347 / УНС С34700
Углерод, не более	0.08	0.08
Марганец, не более	2.00	2.00
Фосфор, не более	0.045	0.045
Сера, не более	0.030	0.030
Кремний, макс.	0.75	0.75
Хром	17.00-19.00	17.00-19.00
Никель	9.00-12.00	9.00-13.00
Титан	5 х С мин; 0,70 макс.	Не указан
Ниобий (Колумбий)	Не указан	10 х С мин; 1,00 макс.

Коэффициенты стабилизации прописаны в стандарте: в титане должно быть не менее пятикратного содержания углерода и не более 0,70%; содержание ниобия должно быть не менее чем в десять раз больше углерода и не более 1,00%.

Механические свойства (отожженный, ASTM A240)

Свойство	321 / S32100	347 / S34700
Предел прочности, мин (МПа)	515	515
Предел текучести, не менее (МПа)	205	205
Удлинение, мин (%)	40	40

При комнатной температуре эти две марки по существу эквивалентны, поэтому выбор материала между ними определяется температурой эксплуатации и нагрузкой, а не прочностью, указанной в технических характеристиках.

Высокие-температурные характеристики: ползучесть и масштабирование

Обе марки устойчивы к образованию накипи в окислительной атмосфере при температуре около 900 градусов. Важная разница проявляется в ползучести: при температуре выше примерно 800 градусов 347 развивает лучшую прочность на ползучесть, поскольку карбиды ниобия остаются тонко распределенными и стабильными при высоких температурах, обеспечивая более эффективное дисперсионное упрочнение, чем карбиды титана. По этой причине сталь 347 предпочтительнее для компонентов, находящихся под давлением-, таких как трубки нагревателей и высоко-реакционные сосуды. 321, которые по-прежнему широко используются в выхлопных системах, термических окислителях и компенсаторах, где ценятся хорошая технологичность и устойчивость к циклическим термическим нагрузкам.

Сварка и изготовление

Обе марки легко свариваются с использованием традиционных методов обработки аустенитной нержавеющей стали, и ни одна из них не требует термообработки после-сварки. Для соединений 347 обычно используется присадочный металл соответствующего состава, стабилизированного ниобием-(ER347).. 321 часто сваривается с тем же наполнителем ER347 или ER321, если требуется соответствующий наплавленный слой, стабилизированный титаном-, поскольку титан легко окисляется в сварочной ванне. Тепловложение должно поддерживаться на умеренном уровне, а температура между проходами должна быть ниже примерно 150 градусов, чтобы ограничить выделение и деформацию карбидов.

Типичные применения

321: выхлопные коллекторы и трубы самолетов, термические окислители, компенсаторы, компоненты печей с температурой ниже 900 градусов, а также химические или нефтехимические трубопроводы при умеренной температуре.

347: трубы нагревателей нефтеперерабатывающего завода, высоко-реакционные сосуды, трубы пароперегревателей и промежуточных перегревателей, компоненты котлов и сварные узлы, выдерживающие длительную эксплуатацию при температуре выше 800 градусов.

Часто задаваемые вопросы

В чем основная разница между 321 и 347?

Стабилизирующий элемент: в 321 используется титан (минимум 5 x C, максимум 0,70%), а в 347 используется ниобий (минимум 10 x C, максимум 1,00%). Диапазон никеля также немного отличается: 9,00-12,00% для 321 и 9,00-13,00% для 347.

Какая марка имеет лучшую прочность на ползучесть при высокой температуре?

347. При температуре выше 800 градусов карбиды ниобия обеспечивают более сильное дисперсионное упрочнение, чем карбиды титана, обеспечивая 347 лучшее сопротивление ползучести при длительной-высокой-температурной эксплуатации.

Можно ли 321 заменить на 347?

Для эксплуатации при температуре ниже 800 градусов и там, где ползучесть не является определяющим критерием, часто можно заменить 321. Для деталей, работающих под давлением выше 800 градусов, сталь 347 является более безопасным выбором из-за ее превосходной прочности на ползучесть.

Выдерживают ли 321 и 347 межкристаллитную коррозию после сварки?

Да. Оба сконструированы таким образом, что титан или ниобий соединяются с углеродом, предотвращая обеднение хромом границ зерен во время сварки или эксплуатации в диапазоне сенсибилизации примерно 425-815 градусов.

Какой присадочный металл используется для сварки 321 и 347?

347 обычно сваривается с соответствующим ниобиевым -стабилизированным наполнителем (ER347). 321 часто сваривается с тем же наполнителем ER347 или с ER321, если требуется соответствующий титановый-стабилизированный наплавочный материал.

Какова максимальная рабочая температура 321 и 347?

В окислительной атмосфере оба сопротивляются образованию накипи при температуре около 900 градусов. Для деталей,-несущих нагрузку, практический предел ниже, поскольку предел ползучести падает с температурой; Для приложений, работающих под давлением, следует обращаться к нормам проектирования.